1、1,1,音箱系統(tǒng)設(shè)計(jì) Professional Audio LOUDSPEAKER SYSTEM DESIGN,2,2,開(kāi)篇語(yǔ) 在新規(guī)商品開(kāi)發(fā)過(guò)程當(dāng)中,客戶(hù)怎樣使用該商品,使用者的希望是什麼?與其它供應(yīng)商相比,用怎樣的條件來(lái)選擇?了解這些訊息是非常重要的。 此次、在PA用喇叭的開(kāi)發(fā)中,主要是PA用喇叭到底是怎樣的喇叭?另外,客戶(hù)是以什麼基準(zhǔn)來(lái)判斷,與其它供應(yīng)商相比較,以什麼根據(jù)來(lái)選擇的呢?在這里做一個(gè)解說(shuō)。 另外、關(guān)於基本的音響基礎(chǔ)解說(shuō),會(huì)盡量考慮使用計(jì)算少的方式來(lái)進(jìn)行,比起計(jì)算來(lái),更希望大家能夠理解聲音的概念。 希望*的全部技術(shù)者、可以把這份資料理解明白,然後再搭配專(zhuān)業(yè)書(shū)籍,成為一流的音響設(shè)

2、計(jì)者。,3,3,第一部音響基礎(chǔ) 什麼是聲音？ 4 什麼是相位？ 6 什麼是聲音的加法？ 7 什麼是周波數(shù)？ 8 什麼是？ 9 什麼是音壓的加法？ 10 什麼是相位干渉？ 11 第二部系統(tǒng)設(shè)計(jì) 概要 19 清晰度 21 距離減衰 22 等壓線,等高線(isobar contour)圖 23 speaker的配置 24 音響調(diào)整 25 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試(Field data) 26 與AMP的整合 27 總結(jié) 30 第三部SPEAKER設(shè)計(jì) 高音(Compression driver unit) 31 號(hào)角(Horn) 34 電路 (Network 回路) 36 分頻點(diǎn)(）的注意點(diǎn) 37 低音(woofe

3、r)與箱體() 38 耐輸入試驗(yàn)信號(hào) 39 總結(jié) 40 =平方根 （2=1.414214） =乘方 （22=4 ）,什麼是指向係數(shù)？ 12 什麼是音響power？ 13 音響power與的関係是什麼？ 14 指向係數(shù)與音響power的關(guān)係是什麼？15 什麼是共鳴？ 16 Pink&White Noise 17 總結(jié) 18,目錄,4,4,SPL 聲音、像波紋一樣向外擴(kuò)散。 在水池里投入石頭、波紋呈放射狀擴(kuò)散。 聲音的波形、與水池的波紋不同、是形成空気疎密的波紋。 密密度高圧力高。（） 疎密度低圧力低。（） 基於這個(gè)聲音,其壓力稱(chēng)為音壓,其大小稱(chēng)為SPL。 Sound Pressure Level

4、（音圧水平Level） 因此、音圧的疎密表現(xiàn)、使用與水池波紋同樣的波形來(lái)表現(xiàn)。 作為正弦(SIN)波、經(jīng)常使用。,在水池里投入石頭、波紋呈放射狀擴(kuò)散。,水池波紋,石頭,密,疎,密,疎,圧力,図1-1：水池波紋擴(kuò)散狀,図1-2：音波為空気疎密波紋,図1-3：正弦(SIN)波,第一部 音響基礎(chǔ) 什麼是聲音?,5,5,如右圖、用來(lái)說(shuō)明聲音的疎密、此為從音源到無(wú)限大的遠(yuǎn)處、稱(chēng)為平面波。 但是、離音源近的位置的話(huà)、聲音向球狀的所有方向放射。 因此、波紋呈球狀擴(kuò)展、稱(chēng)為球面波。 聲音的繞射 光與聲音作比較、最大的特徴就是光是直線前線、而聲音即使有障礙物也可以迂回繞過(guò)去。 這就叫聲音的繞射。,無(wú)指向性點(diǎn)音源

5、,図1-5：聲音向球狀的所有方向放射。,光源,音源,障礙物,障礙物,音源,図1-4：平面波,図1-6：球面波,図1-7：聲音的繞射,第一部 音響基礎(chǔ) 什麼是聲音?,6,6,相位 前述的聲音波正弦(SIN)波,可以與進(jìn)行圓運(yùn)動(dòng)的物體進(jìn)行置換。 波的峰值(Peak level)等值於圓運(yùn)動(dòng)的半徑。 為什麼用圓運(yùn)動(dòng)表示呢、如右圖是根據(jù)圓運(yùn)動(dòng)物體的位置不同的角度、因?yàn)槠淇梢员硎境霾ㄐ翁庫(kù)赌囊晃恢谩?波紋位置的高度、只要知道圖1-8的角度、即可知道SIN(）。也可以知道其相反的。 從這樣得出來(lái)的此波形稱(chēng)為正弦波（SIN WAVE)。 另外、圓運(yùn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)、即表示音波的1波長(zhǎng)。 1波長(zhǎng)、秒間可以轉(zhuǎn)幾回為周波

6、數(shù)(f)。 圓運(yùn)動(dòng)的情況下表示每単位時(shí)間的角度() 、稱(chēng)為角速度()。角速度與周波數(shù)的関係可用如下公式表示 =2f 。 即: 90、表示B點(diǎn)的頂點(diǎn)。 180、半波長(zhǎng)的位置。 相位是指、個(gè)波形時(shí)間上的偏差。 這個(gè)程度用上記的角度來(lái)表示、這個(gè)即稱(chēng)為相位角。 右圖、表示同樣的周波數(shù)、個(gè)音波的相位角偏差 。,C,B,A,90,180,360,波長(zhǎng),=90,A,A,B,A,図1-8：位相角,図1-9：相位角偏差,時(shí)間,第一部 音響基礎(chǔ) 什麼是相位?,7,7,個(gè)聲音的加法 右圖表示90相位偏差的的2個(gè)聲音的合成結(jié)果。 其各個(gè)的加法、用與的話(huà)、根據(jù)角度的不同,可以明白其合成的水平。 這是相位角90時(shí)的合成、

7、其它相位角偏差的合成如圖1-11 AC。 在圖1-11 A中,A,B相位角為0、即相位、同相的情況下、表示全部的、整數(shù)的加法、峰值(peak)1的時(shí)候、合成波的峰值(peak)是1+1=2。 在圖1-11 B中,A,B相位角為180偏差2個(gè)音波的合成、結(jié)果全部為。 在圖1-11 C中,A,B相位角為120偏差時(shí)的合成。結(jié)果峰值2的音波、即使合成峰值也還是2。 30直角三角形的邊 1：2：3,A音波,B音波,AB的合成音波,A+B=0+(-1)=-1,A+B=1+0=1,A+B=0.7+(-0.7)=0,A+B=0.7+0.7=1.42,A,B,C,2,2,2,1,1,120,2,1,3,図1-

8、10：聲音的加法,図1-11：其它相位偏差聲音的合成,3,3,第一部 音響基礎(chǔ) 什麼是聲音的加法?,8,8,個(gè)聲音的加法 這個(gè)音波的合成在什麼時(shí)候會(huì)有問(wèn)題呢? 作為例題請(qǐng)參考圖12、X-Over附近的聲音、從高音和從低音發(fā)出來(lái)的兩個(gè)聲音、到達(dá)受聴點(diǎn)、可以聽(tīng)到2個(gè)合成音。問(wèn)題就在此時(shí)2個(gè)音波的相位角是否有配合到。 周波數(shù) 再次用正弦(sin)波來(lái)對(duì)周波數(shù)進(jìn)行一下說(shuō)明。 正弦(sin)波的1波長(zhǎng)（：也可稱(chēng)為1循環(huán)cycle）、1秒鐘有幾個(gè)決定周波數(shù)。音速為344m/sec。假設(shè)、1波長(zhǎng)的長(zhǎng)度為344m的話(huà),1循環(huán)cycle/秒、即為1Hz。 1波長(zhǎng)（）的長(zhǎng)度與周波數(shù)(f)為例來(lái)寫(xiě)的話(huà) 344m H

9、z 34.4m 10Hz 3.44m 100Hz 0.344m 1000Hz （344mm 1kHz）。 進(jìn)一步說(shuō)明 34.4mm 10kHz 17.2mm 20kHz 。 即、 =344/ (Hz) =344/ (m) 周波數(shù)(f)音速波長(zhǎng) 另外、波長(zhǎng)音速周波數(shù)(f)、可以這麼說(shuō),只要知道周波數(shù)、就能知道波長(zhǎng)。 8kHz的波長(zhǎng)、344000800043mm 。,低音的聲音,高音的聲音,受聴點(diǎn),図D,波長(zhǎng)（循環(huán)cycle）例 波長(zhǎng)344m 1Hz,1,1,1,1,波長(zhǎng)短的高頻周波數(shù),図1-12：音波合成問(wèn)題例,図1-13：波長(zhǎng)低頻和高頻,第一部 音響基礎(chǔ) 什麼是周波數(shù)?,9,9,音圧 音圧即聲

10、音的圧力、圧力的単位為帕斯卡（Pa)。 1(Pa)、1平方米、承受1牛頓(newton)的壓力（1kg9.8N ） 音圧水平、以前普遍使用在電話(huà)回線的傳送上、使用分貝(dB)作為單位。 dB表示的是倍數(shù)、基於基準(zhǔn)物的多少倍、用対數(shù)來(lái)表示。 聲音的基準(zhǔn)為20Pa。這叫最小聲音變化量、因其可聴範(fàn)囲可擴(kuò)大到1012倍、用対數(shù)來(lái)表示的話(huà)非常方便。 表示音圧(SPL)的対數(shù)、用以下公式來(lái)求得。 SPL20*log（Pa/0.00002) (dB) 圖13中、1Pa的音圧水平(SPL)、 SPL= 20*log（1/0.00002) =94 (dB) 計(jì)算得出94dB（SPL)。 100dB的聲音、加10

11、0dB的聲音、結(jié)果不是200dB。 100dB的聲音、換算成帕斯卡的話(huà)、10（100/20） *0.000022（Pa) 。這個(gè)加法為2+24（Pa)、 合成SPL 20*log（4/0.00002) =106 (dB) 。 因?yàn)榉重恉B是倍率、直接這樣加起來(lái)的話(huà)是不可以的。音圧的加法、需要換算成帕斯卡Pa來(lái)加。 表1表示帕斯卡(Pa)與SPL(dB)。帕斯卡Pa、成倍增長(zhǎng)的話(huà)SPL即上昇6dB。,Pa,図1-14：Pa（帕斯卡）,表1-1：帕斯卡和SPL,第一部 音響基礎(chǔ) 什麼是SPL?,10,10,A音波,B音波,AB合成音波,音圧 上記音圧的加法、只是當(dāng)如圖14那樣、相位完全相同,沒(méi)有偏

12、差的兩個(gè)聲音重合的情況下。 前記、PaPa、上昇6dB、相位角有偏差的話(huà)、就不是上記那樣的了。偏差90時(shí)的例子如下圖所示。 從上記可以明白、合成波形135的話(huà)有峰出現(xiàn),應(yīng)該是上昇6dB的、相位角偏差90就只可以上昇3B。,A音波,B音波,AB合成音波,1,90,1,1,3,0.5,60,90,1,1,1,45,45,90,2,2,1,2,1+0=1 20*log(1/0.00002） 94.0dB,3/2+0.5=1.37 20*log(1.37/0.00002）96.7dB,1/2+1/2=21.414 20*log(1.4141/0.00002）97.0dB,図1-16：相位角90偏差聲音

13、的加法,図1-15：相位角0聲音的加法,図1-17：各相位角的合成。（偏差90時(shí)）,A=90、B=0,A=120、B=30,A=135、B=45,第一部 音響基礎(chǔ) 什麼是音壓的加法?,11,相位距離 從右圖上可看出、從無(wú)指向性點(diǎn)音源A,B處所發(fā)出的聲音在受聽(tīng)點(diǎn)A處聽(tīng)時(shí)，由於與2個(gè)音源的距離相等，故聽(tīng)上去相位一致。 但、受聴點(diǎn)B位置上同音源A的距離b與音源B的距離c不同，故產(chǎn)生了距離差d。 僅由於此距離差導(dǎo)致相位偏移。 假設(shè)b1m、1.344m、則距離差d0.344m、 將此定為半波長(zhǎng)的周波數(shù)、相位角為180、聲音無(wú)法聽(tīng)到。由於此波長(zhǎng)為0.344*2=0.688、 故其周波數(shù)為344/0.688

14、500Hz，並出現(xiàn)DIP。 距離差為波長(zhǎng)的地方相位角吻合，沒(méi)有DIP、但此波長(zhǎng)1/3倍的波長(zhǎng)相同的，相位角偏移540（圈半）並出現(xiàn)DIP。 344/(0.688/3)=1500Hz 越到高音，波長(zhǎng)則越短，故在曲線上如同右圖。 此稱(chēng)為相位干渉。 X-Over 附近出現(xiàn)的DIP是由於上述相位 干涉的原因所致。,音源A,音源B,受聴點(diǎn)A,受聴點(diǎn)B,a,a,b,c,d,0.344m,音源A,音源B,音源A,音源B,1500Hz相位明顯相反。,500Hz相位變反。,0.344m,1500Hz,500Hz,図1-18：因距離偏差所導(dǎo)致的相位偏移。,図1-19：相位干渉的原理同特性,第一部 音響基礎(chǔ) 什麼是

15、相位干涉?,12,指向係數(shù)Q 右邊的圖19所表示的為無(wú)指向性點(diǎn)音源的放射、是指聲音朝所有方向放射時(shí)為球狀擴(kuò)散。此時(shí)的Q稱(chēng)為1。 圖19的B同A一樣、放置在地板上時(shí)下半部份的聲音不放射，因此，此聲音的能量為2倍，即Q=2。 同樣，圖19的C如果擋住地板同牆壁的話(huà)，能量則為4倍。即Q=4 同様，圖19的D如果在地板同牆壁的2角有音源的話(huà)，則同A相比、能量為放射方向，故為8倍。即Q=8。 如上所述，在自由音場(chǎng)，無(wú)指向性時(shí)的球狀擴(kuò)散的能量定為1時(shí)，實(shí)際放射面的能量比被稱(chēng)為指向系數(shù)(Q)。,C Q=4,B Q=2,D Q=8,A Q=1,図1-20：指向係數(shù)Q,第一部 音響基礎(chǔ) 什麼是指向系數(shù)Q?,13

16、,音響瓦數(shù) 右邊的圖A所表示的為無(wú)指向性點(diǎn)音源的放射、是指聲音朝所有方向放射時(shí)為球狀擴(kuò)散。 此處電氣入力為1W信號(hào)、變換效率為100%時(shí)，所被放射的音響能量稱(chēng)之為1W(音響瓦數(shù))。 此水平以10-12乗為基準(zhǔn)、用對(duì)數(shù)表示，稱(chēng)之為音響功率水平（PWL)PWL10*log(全放射能量10-12） (dB) 另外，在某此距離下，以單位面積所通過(guò)的能量的多少稱(chēng)之為音響強(qiáng)度、用単位(W/m2)表示。 現(xiàn)在，假定半徑r1=0.282m的球中心上有無(wú)指向性點(diǎn)音源，則可認(rèn)為在此周邊，半徑為倍數(shù)r2=0.564的球。 半徑r1=0.282m的球表面積為4r2，故剛好為1m2。 因此，此音源用1音響W的能量放射時(shí)

17、、半徑r1周邊的音響強(qiáng)度可稱(chēng)為 1（W/m2)。 半徑倍數(shù)r2表面上的音響強(qiáng)度為1/4*r22、答案為、0.25 (W/m2)。 即，聲音為球狀放射時(shí)，為距離2乘方的半比。此被稱(chēng)為逆二乗則。,以單位面積通過(guò)的能量。稱(chēng)為音響強(qiáng)度。,r1,r2,r1：r21:2,図1-21：無(wú)指向點(diǎn)音源,図1-22：半徑0.282m同半徑0.564m,第一部 音響基礎(chǔ) 什麼是音響POWER?,14,音響功率水平 此處的音響強(qiáng)度可用次式設(shè)定。 Li4*2*2*2*c （W/m2) 或是 LiPa2/ c （W/m2) =周波數(shù)(Hz) A=空氣的粒子変位量(m) Pa=音圧（Pa：帕斯卡） c=特性音響阻抗（1.1

18、8（空気密度kg/m3）344（音速m/s）=406） 另，如知道上述A（空氣的粒子變位量）的話(huà)，則、Pa（音壓）亦可一並知道。 Pa 2*A*c （Pa：帕斯卡） 依上所述，可依據(jù)半徑r1=0.282m周邊的音響強(qiáng)度1(W/m2)的原理計(jì)算出1000Hz時(shí)A的空氣粒子變位量： A=（Li2*2*f2* c ）1/2 =7.9m 可依此求出音圧Pa： Pa=2*A* c =20.15 (Pa) Pa=（Li*c）1/2 Pa=（1*406）1/2=20.15 (Pa) 。 用此水平表示則為 SPL=20*log（20.15/0.00002) =120 (dB) 。 由於音響水平為1W，故用水平

19、所表示則為 Lw10*log（1/10-12) =120 (dB) 。 即，半徑r1=0.282m的周邊，音響功率水平同音壓水平圴等同120dB。 半徑r2=0.564時(shí)的SPL如何呢？ R2時(shí)音響的強(qiáng)度為0.25，因此，同樣計(jì)算的話(huà)，則、A=0.95m。 同様計(jì)算則、Pa=10.07(Pa) SPL=114(dB) 、可看出衰減了6dB。 音響功率水平與距離沒(méi)有關(guān)系，故用r2計(jì)算出的結(jié)果亦為120dB。,図1-23：半徑0.282m同半徑0.564m,第一部 音響基礎(chǔ) 音響POWER與SPL的關(guān)係是什麼?,15,Q同音響功率水平 上述有進(jìn)行說(shuō)明，現(xiàn)明確指向係數(shù)Q相關(guān)同音響功率水平的關(guān)系。 在

20、圖A中，半徑r=0.282m、入力音響功率水平為Pw=1W、Q=1，因此、 Li=P(W)*Q/（4*r2） (W/m2) Li=1*1/1=1 (W/m2) Pa=（Li*c）1/2 Pa=（1*406）1/2=20.15 (Pa) SPL=20*log（20.15/0.00002)=120 (dB) 圖B的Q=2時(shí) Li=1*2/1=2 (W/m2) Pa=（2*406）1/2=28.5 (Pa) SPL=20*log（28.5/0.00002)=123 (dB) 圖C的Q=4時(shí) Li=1*4/1=4 (W/m2) Pa=（4*406）1/2=40.3 (Pa) SPL=20*log（40

21、.3/0.00002)=126 (dB) 圖D的Q=8時(shí) Li=1*8/1=8 (W/m2) Pa=（8*406）1/2=57.0 (Pa) SPL=20*log（57.0/0.00002)=129 (dB) 如上所示，Q為倍數(shù)時(shí)則以3dB上升。 此上升值用對(duì)數(shù)表示Q的倍數(shù)，以指向指數(shù)(DI)表示。 DI（dB)10*log（Q) 的關(guān)系式成立。 Q同音響功率水平&變換效率 現(xiàn)說(shuō)明圖23A時(shí)的變換效率相關(guān)。 假設(shè)電氣入力為1W時(shí)的音源如圖23A所示，則在距離r=0.282m的位置時(shí)，SPL為114dB。原本變換效率如為100%的話(huà)，則所得出結(jié)果應(yīng)為120dB。 在此，將114dB逆算成功率水平

22、的話(huà)則為、 Pa=10（114/20)*20=10.024 (Pa) Li=Pa2/ c = 10.0242/406=0.25 PWL=Li*42 =0.25*1 =0.25 (W) 、相比入力1W、只有0.25W的輸出、此時(shí)的變換效率為25%。,図C Q=4 126dB,図B Q=2 123dB,図D Q=8 129dB,図A Q=1 120dB,図1-24：指向係數(shù)Q,第一部 音響基礎(chǔ) Q與音響POWER的關(guān)係是什麼?,16,共鳴 此為聲音的共振-空氣為彈性體且有重量。因此，箱體同管狀中的空氣等相碰時(shí)會(huì)產(chǎn)生共振周波數(shù)。 圖 25中，有驗(yàn)證出、如圖所示的瓶頸如同笛子一樣會(huì)共鳴。 此時(shí)、其共鳴

23、周波數(shù)(f0)為： V=體積(m3) L=開(kāi)口部實(shí)長(zhǎng)(m) L=L0+1.3r (m) L0=開(kāi)口部長(zhǎng)度(m) S=開(kāi)口部面積(m2) r=開(kāi)口部半徑(m) 用f0=c/2*（s/（L*V） 可計(jì)算出 此被稱(chēng)為Helmholtz(1821-1894德國(guó)物理學(xué)者)共鳴器。 還有管的共鳴也是其中的因素。 圖26中 (a) 、僅單側(cè)管堵住時(shí)、1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍共鳴。 (b)、兩側(cè)的管打開(kāi)時(shí)、1/2波長(zhǎng)的整數(shù)倍共鳴。 (c)、両側(cè)的管堵住時(shí)、同(b)一樣、1/2波長(zhǎng)的整數(shù)倍共鳴。 管風(fēng)琴亦是利用此原理。房間的共鳴同箱子的共鳴(c)相同。 L=L0+1.3r (m),図1-25： Helmholtz共鳴

24、器,図1-26：管共鳴,(a),(b),(c),f=(2n+1)*c/（4*L）,f=n/2*c/L,f=n/2*c/L0,L,第一部 音響基礎(chǔ) 什麼是共鳴?,17,粉紅噪音同白色噪音 經(jīng)常被作為信號(hào)使用的粉紅噪音同白色噪音的相關(guān)解說(shuō)。 從定義上而言 白色噪音；以Hz為単位使其固定的噪音。 每個(gè)八度音band-pass固定的噪音。 八度音band-pass是指：與用對(duì)數(shù)表示周波數(shù)一樣，每1個(gè)音階或是1/3音階測(cè)定能量的方法。 以下曲線為：以光為例、每個(gè)單位周波數(shù)的能量一定時(shí)可看到顯示白色，每band-pass能量固定時(shí)可看到顯示粉紅色，故此命名由此所得。 図1-28中為1/3音階同1/1音階的

25、中心周波數(shù)顯示。無(wú)論如何均以Hz為基準(zhǔn)。（以Fh/Fl=2n (n=音階）決定幅度。）,白色噪音,粉紅噪音,周波數(shù)為線型能量固定,周波數(shù)各band-pass能量固定,図1-27：Pink noise White noise,図1-28：周波數(shù),第一部 音響基礎(chǔ) PINK&WHITE NOISE,18,總結(jié) 音波：空氣的疎密波 平面波、球面波 回折効果（同光不一樣。） 相位：圓運(yùn)動(dòng)、正弦波、相位、相位角、聲音的加算 轉(zhuǎn)換為Pa予以加算。 波長(zhǎng)同周波數(shù) 波長(zhǎng)c/f 音圧（Lp)：表示聲音大小的壓力。(Pa) 音壓水平（SPL)：以20(Pa)為基準(zhǔn)，用對(duì)數(shù)所表示的音壓水平。SPL=20*log(P

26、a/0.00002） 音響功率（Pw) ：電気入力W、變換效率100%時(shí)、所放射的能量被稱(chēng)為音響瓦數(shù)(W)。 音響功率水平（PWL)：以10-12為基準(zhǔn)、用對(duì)數(shù)所表示的音響功率水平(dB) 音響強(qiáng)度（Pi)：每単位面積所通過(guò)的能量多少稱(chēng)為音響強(qiáng)度。(W/m2) Q ：在某個(gè)點(diǎn)上的音響能量同球狀放射時(shí)的平均能量之比 DI ：將Q的値用水平(dB)所表示的増加量。 DI=20*log(Q) (dB) 變換效率 Helmholtz共鳴器 管的共鳴 粉紅噪音、白色噪音 band-pass,Q=1,図24：無(wú)指向性點(diǎn)音源,第一部 音響基礎(chǔ) 總結(jié),19,概要 系統(tǒng)設(shè)計(jì)為喇叭使用專(zhuān)業(yè)人士所持有的音響技術(shù)。與

27、我們制作喇叭的人沒(méi)有直接的關(guān)系，但我們必須知道：專(zhuān)業(yè)人士在挑選喇叭時(shí)要注意什麼樣的事情？我們的喇叭將被如何使用等，此點(diǎn)為喇叭設(shè)計(jì)的重要領(lǐng)域。 規(guī)模？需在多少人的場(chǎng)合下使用？ 主用途？音楽専用？演講専用？多目的？ 所使用的其它廠家的產(chǎn)品？其性能？ 室內(nèi)還是室外？ 如為室內(nèi)時(shí)、同室內(nèi)建築音響的組合、指向性控制 十分重要。在室外的反射較少，同指向性相比， 衰減較大，因此功率會(huì)是最大的問(wèn)題，另外 不容易產(chǎn)生相位干渉。 右圖為一般室內(nèi)用的舞臺(tái)音響配置 為了能將聲音均勻的反射到客戶(hù)席位上、一般使用 遠(yuǎn)距離用（指向角6040） 近距離用（指向角9040） （右図為5001000人規(guī)模的大廳） 因此、大廳用S

28、P、垂直方向、水平 方向同指向性控制均為必須。,指向角60 遠(yuǎn)距離用SP,指向角90 近距離用SP,指向角40,客席,図2-1：一般的大廳用舞臺(tái)音箱SP的指向角,第二部 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 概要,20,最初喇叭的選擇 選擇喇叭的時(shí)候，最初需考慮喇叭的功率同 MAX-SPL。 （剛才的小型大廳用為、近距離用 以15m20m為受聴距離、遠(yuǎn)距離 用以25m35m。） 在此、從必要的音壓同距離衰減上可、 求出喇叭所必需的功率。 必需的音壓：據(jù)說(shuō)普通的會(huì)話(huà)程度的音壓水平為74dB、聽(tīng)激昂的音樂(lè)所需為94dB。 在此、利用圖2-2的例子進(jìn)行說(shuō)明。 使用用途若為音楽、集會(huì)所用、則需考慮客人數(shù)約為500人左右。則、 受

29、聴距離約30m 距離減衰 10*log(30)14.8dB 必要音壓94dB以上 余裕線路消耗3dB、球狀余裕10dB 由此、喇叭可求出的MAX-SPL按上述合計(jì)則為、 必要音圧+距離減衰+余裕、94+14.8+3+10=121.8 、至少需約122dB的MAX-SPL。 假設(shè)1m1W、98dB的SP、需上升1229824dB、依此計(jì)算輸入瓦數(shù)則需選擇 P=10(24/10)251W以上的喇叭。 不一定所產(chǎn)出的會(huì)完全同計(jì)算結(jié)果一致、但需以此為目標(biāo)、依據(jù)以上簡(jiǎn)單的計(jì)算來(lái)選擇需要的喇叭。,平土間,受聴點(diǎn) 94dB,受聴距離30m,1m需108.8dB,図2-2：最初所必需的瓦數(shù)可通過(guò)計(jì)算得出。,第

30、二部 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 概要,21,清晰度 在室內(nèi)音箱中最重要的評(píng)價(jià)法為清晰度測(cè)試法。 可以肯定的說(shuō)，室內(nèi)系統(tǒng)的清晰度好壞決定一個(gè)好的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 主要的清晰度測(cè)試法為以下： ALcons STI RASTY 以上任何一個(gè)都是由直接音與反射音的比求出的方法。 如圖2-9、輸出音源與測(cè)定用麥克風(fēng)之差同反射音之比求出的方法。 STI是每個(gè)周波數(shù)都測(cè)試、RASTY用與 表示。 因此、求出的喇叭單體 與的指向角、周波數(shù)特性等成為重要的特性。 在大型系統(tǒng)用號(hào)角(Horn)上,多數(shù)控制周波數(shù)從開(kāi)始就是因?yàn)檫@個(gè)原因。,20%,40%,60%,80%,100%,0%,good,excell,fair,poor,bad,

31、図2-4：清晰度評(píng)価方法,第二部 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 清晰度,22,距離衰減 根據(jù)音源的距離、音圧會(huì)衰減.這是根據(jù)逆二平方法則倍數(shù)距離,約每6dB會(huì)衰減。此點(diǎn)在前面已進(jìn)行說(shuō)明。 然而，在室內(nèi)音響中,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)從某時(shí)點(diǎn)開(kāi)始不衰減的情況。 如圖2-3、在一個(gè)封閉空間、橫軸表示音源的距離、縦軸表示 衰減量(dB)。藍(lán)色為在自由空間的距離衰減、按照逆二平方法則進(jìn)行衰減、從這個(gè)空間可以看出如紅色曲線、在約10m附近 開(kāi)始不衰減。 這是因?yàn)橐粼捶派涞穆曇?、通過(guò)牆壁，地面等反射、室內(nèi)聲音的強(qiáng)度保持在一定水平點(diǎn)上。在図2-3、 利用逆二平方法則衰減的聲音稱(chēng)為直接音、所保持的聲音被稱(chēng)為殘響音。 殘響音主要根據(jù)房間的吸音而

32、決定、若殘響音為L(zhǎng)i2的話(huà)、Li2=4P/S 表示。因?yàn)橹苯右魹長(zhǎng)i1、Li1=QP/4r2 、殘響音的聲音強(qiáng)度Li Li=Li1+Li2 =（QP/4r2）+（4P/S） (W/m2)。 在這裡， =牆壁、地板等的吸音率的平均値。（稱(chēng)為平均吸音率） S=牆壁、地板，天花板等、房間裡面的総面積。 P=音響功率水平(PWL) Q=指向係數(shù) 但是、如上所述、表示房間整體平均的聲音大小時(shí)、根據(jù)距離不同聲音的大小公式如下公式。 Li=P（Q/4r2）+（4/R） （W/m2 ) 或者 SPL=PWL+10log（ （Q/4r2）+（4/R）(dB) 在這裡、R、S/(1-）、被稱(chēng)為室定數(shù)。 還有、如上

33、SPL求出的公式、被稱(chēng)為Beranek式,在喇叭的配置等被廣泛使用。,閉空間的室內(nèi)衰減特性。,自由空間的衰減特)性。,直接音,殘響音,図2-4：室內(nèi)的距離衰減,第二部 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 距離衰減,23,等壓線等高線 所謂的等高等壓線、如図2-5所示喇叭的指向性、通過(guò)音軸與直角放一個(gè)面時(shí)的指向角的範(fàn)囲來(lái)表示。 在図2-5中、當(dāng)某喇叭指向特性已決定時(shí)、將在其正面的平面上、針對(duì)-3dB、-6dB處的各個(gè)角度進(jìn)行投影,然後用線進(jìn)行連結(jié)、於是成為等高等壓線。 在図2-6中、在決定喇叭的配置及角度時(shí)、利用等高等壓、基本上結(jié)合 -3dB的線來(lái)決定。 為何認(rèn)為-3dB，利用能量加法、（-3dB）+（-3dB）為0dB

34、、可以得出均一的音圧。 然而、一般情況下只用水平、垂直來(lái)控制指向性的喇叭的等高等壓線圖,即使水平、垂直角度一致、在斜方向、実際上一般也不可被控制。 因此、実際的等高等壓線圖如図2-7形狀一樣。 可以說(shuō)所有的周波數(shù)都達(dá)到這樣的形狀是比較困難的。 因此,前述T周波數(shù)用2kHz代表,進(jìn)行配置檢討的情況也比較多。,図2-5：等壓線等高線図,図2-6：喇叭配置例,図2-7：根據(jù)周波數(shù)不同的等高線図,第二部 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 等壓線等高線圖,24,喇叭的配置 在喇叭配置中最應(yīng)注意的是前面所講的距離相位問(wèn)題。 因此、在兩個(gè)以上的喇叭進(jìn)行配置的情況下、均使用盡量接近 ,或是盡量離開(kāi)當(dāng)中的一種。作為盡量接近的方法 梯形

35、喇叭現(xiàn)在已成為主流。（図2-8參照） 作為喇叭配置方法、大致上分為兩種方法。 分散型 分散型、故名思義, 喇叭分散、作成均一音場(chǎng), 在劇場(chǎng)客人座席處用小型喇叭進(jìn)行裝點(diǎn)的方式。 一般在殘響音大，直接音難以到達(dá)的情況下使用。 集中型 集中型、大型喇叭從一個(gè)點(diǎn)、面向所有方向放射的方式 、廣泛使用於殘響音少的房屋外及大空間內(nèi)。 在集中型的情況下，因喇叭比較接近、必須使用梯形形狀。 梯形喇叭 梯形喇叭的角度、基本上與指向角一致。 此點(diǎn)符合前述的等高等壓線圖,理由在図2-9中表示。 舉個(gè)例子、指向角為60度的情況下、因?yàn)閱芜?0度為-6dB、假設(shè)以-3dB為交叉點(diǎn)、就必須每15度進(jìn)行傾斜。因此本體的角度相

36、應(yīng)也會(huì)每15度傾斜、所以就有必要如圖2-9所示將本體的角度調(diào)整為75度。,離音源的距離近,以-3dB作為交叉點(diǎn),15,75,図2-8：音源的距離接近。,図2-9：指向性與本體形狀,第二部 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 喇叭的配置,25,音響調(diào)整 連接系統(tǒng)後，進(jìn)入音響調(diào)整，調(diào)整什麼該如何調(diào)整以下將進(jìn)行說(shuō)明。 除去房間的駐波。（接近喇叭本來(lái)的音質(zhì)。） 拡聲利得確保（盡可能保證最大音量。） Delay調(diào)整。（方向感等的調(diào)整） 駐波 室內(nèi)音響的情況下、在前面已經(jīng)有提過(guò)、同管的駐波一樣、房間也存在駐波。找到這些駐波可以在EQ上進(jìn)行修補(bǔ)。四角形房間的情況下、對(duì)邊上的駐波將存在3個(gè)重點(diǎn)。找到這些駐波的方法可利用1/3Oct分析

37、儀、也有憑経験,利用麥克風(fēng)發(fā)出聲音用耳朵去聽(tīng)來(lái)發(fā)現(xiàn)。 拡聲余裕 所謂擴(kuò)音余裕，為防止麥克風(fēng)的嘯叫聲從而取得更好的聲音余裕。嘯叫聲是麥克風(fēng)的周波數(shù)特性、喇叭的周波數(shù)特性、房間的駐波及反射等各種條件下発生的。但是、基本上、利用EQ補(bǔ)正、考慮調(diào)整周波數(shù)特性成FLAT、且考慮麥克風(fēng)及喇叭的指向性、可減少?lài)[叫聲發(fā)生。 Delay調(diào)整 在兩個(gè)以上喇叭使用的情況下、補(bǔ)正達(dá)到受聽(tīng)點(diǎn)時(shí)間的差異、及去除時(shí)間上的偏差來(lái)進(jìn)行調(diào)整的方法。必要的情況下，應(yīng)用Haas効果確保方向感來(lái)進(jìn)行調(diào)整。 Haas効果人類(lèi)擁有同一聲音從2處地方傳來(lái)的情況下，識(shí)別先到達(dá)的聲音的方向感。,f=n/2*c/L0,擴(kuò)大機(jī),麥克風(fēng),図2-11：

38、嘯叫與Delay調(diào)整 只在A的距離差部分加上Delay、調(diào)整成在受聴點(diǎn)能同時(shí)聽(tīng)到。再延遲數(shù)msec、使擁有主要喇叭的方向感。,Delay,補(bǔ)助SP,受聴點(diǎn),A,用這個(gè)圈発送信號(hào)所產(chǎn)生的為嘯叫聲,図2-10：與管的駐波相同的房間的駐波,第二部 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 音響調(diào)整,26,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試 在喇叭設(shè)置及發(fā)音等現(xiàn)場(chǎng),常常會(huì)聽(tīng)到與在無(wú)響室聽(tīng)到不一樣的效果。 那是因?yàn)樗?tīng)的場(chǎng)所特性根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的狀況會(huì)發(fā)生變化。 知道受聽(tīng)點(diǎn)有怎樣的特性也是很重要的，還有，在固定設(shè)備的情況下、有了測(cè)定結(jié)果之後才可交付。 在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試器中最一般的是如圖2-12所示的TEF分析儀。TEF源於TimeEnergyFrequency起頭的英文字組

39、成、包含時(shí)間、能量、周波數(shù)等叫作聲音的3軸這些要素在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中幾乎都可測(cè)試。 1/3八度音實(shí)時(shí)處理、清晰度STI、RASTY、RT60、殘響特性等都可測(cè)試。,図2-12：TEF25,第二部 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,27,(1)正弦波的信號(hào) 正弦波的信號(hào)、針對(duì)RMS、Peak為21.414。被稱(chēng)為Crest Factor。 Crest Factor：Peak 與 RMS的比。 RMS：真實(shí)效値 也就是說(shuō)，舉例來(lái)說(shuō),的喇叭連接100W擴(kuò)大機(jī)、Peak=40V、RMS=（401/2）=28.3V（100W)。,Peak,RMS,( V ),正弦波信號(hào)的PeakRMS,(t),(2)一般的音楽信號(hào) 音楽信

40、號(hào)、根據(jù)曲目、Peak與RMS完全不一致。 一般情況、如正弦波的信號(hào)RMS=1/2的信號(hào)很少、Peak與RMS的比（ Crest Factor ）就會(huì)相當(dāng)大。,(3)Disco等強(qiáng)烈的音楽信號(hào) 然而需要注意的是Disco等強(qiáng)烈的音楽信號(hào)、即使Peak一樣、它的RMS値也會(huì)相當(dāng)高。,第二部 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 與擴(kuò)大機(jī)的整合,28,(4)擴(kuò)大機(jī)的定格輸出 功率放大機(jī)的定格表示、根據(jù)廠商不同在（或3%）失真的情況下的RMS値為擴(kuò)大機(jī)的定格輸出。 擴(kuò)大機(jī)表示為、？失真情況下的輸出。如果忽略失真，即使標(biāo)示100W擴(kuò)大機(jī)、最大也能測(cè)到200W。也就是說(shuō)，在最失真波形的矩形波中、Peak與RMS値會(huì)接近。,Peak

41、,RMS,( V ),功率放大機(jī)的定格輸出,(t),1%或3%的失真,擴(kuò)大機(jī)的定格,Peak,RMS,矩形波信號(hào)中、最大輸入的情況,( V ),失真部分,(t),出現(xiàn)定格的倍數(shù)。 （電圧1.414倍電力2倍）,擴(kuò)大機(jī)的選擇 (1)利用RMS値與擴(kuò)大機(jī)結(jié)合的情況 喇叭的RMS値與擴(kuò)大機(jī)的定格輸出結(jié)合的情況下。 如右圖、 根據(jù)曲目及水平、很快超過(guò)Peak 水平造成失真。對(duì)於擴(kuò)大機(jī)來(lái)說(shuō)也是非常嚴(yán)格的輸入。 不過(guò)，根據(jù)失真音也可以知道RMS値是否超出。所以對(duì)於喇叭來(lái)說(shuō)也安全的。,第二部 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 與擴(kuò)大機(jī)的整合,29,(2)利用連續(xù)程序與擴(kuò)大機(jī)配合的情況 此為喇叭的連続程序輸入値與擴(kuò)大機(jī)的定格結(jié)合的情

42、況下、最好的方法為使音楽信號(hào)的Peak不超過(guò)擴(kuò)大機(jī)的Peak。但是、根據(jù)曲目不同會(huì)有超出喇叭的RMS値情況出現(xiàn)、因此需特別注意音量旋鈕的位置。,(3)使音質(zhì)優(yōu)先的使用方法 音質(zhì)優(yōu)先、盡量控制失真而選擇大的擴(kuò)大機(jī)。也就是說(shuō)、使用比喇叭容許的輸入大的擴(kuò)大機(jī)。將音量調(diào)節(jié)到不失真的情況下使用、會(huì)出現(xiàn)最好的聲音。 為使有更大的余裕、因擴(kuò)大機(jī)的Peak指示燈不會(huì)亮、過(guò)輸入的情況下需特別注意。正因如此，懂得好的系統(tǒng)的人要會(huì)操作。 不管哪種場(chǎng)合，喇叭的輸入不要超過(guò)RMS容許的輸入來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。,特殊的音楽（Disco等強(qiáng)烈的曲目）、即使Peak沒(méi)有超過(guò)、RMS値大幅度上昇、也會(huì)超出喇叭容許的輸入。,第二部 系統(tǒng)

43、設(shè)計(jì) 與擴(kuò)大機(jī)的整合,30,室內(nèi)的距離衰減 清晰度 等壓線等高線図 喇叭的配置 EQ與Delay 音響系統(tǒng)與擴(kuò)大機(jī)的連接,第二部 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 總結(jié),31,壓縮型高音喇叭 図3-1顯示的是最標(biāo)準(zhǔn)的壓縮型高音的斷面図。 振動(dòng)板 振動(dòng)板材料是:(1)鋁 、鈦、鈹銅等. E/高的材料是最好的.（E/） E=楊氏模量(YOUNG率)(彈性系數(shù)的一種) =密度 、也可以說(shuō)剛性高、輕就好。 相位塞 相位塞也可稱(chēng)為相位等價(jià)器、根據(jù)振動(dòng)板的固有振動(dòng)抑制分割共振、在頸部相位相合,導(dǎo)出平面波來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì). 如圖3-2所示、在振動(dòng)板的高頻發(fā)生分割共振、這樣的話(huà)相位差合成、因?yàn)椴荒軇柯屎玫娜〕稣穹?結(jié)合重要的固有振動(dòng)數(shù)、從

44、小隙間狀的音孔發(fā)出聲音、符合相位的原理. 設(shè)計(jì)時(shí),相位塞的開(kāi)口面積是振動(dòng)板面積的約10%.,図3-1：壓縮型高音喇叭的斷面図,図3-2：相位插頭的原理,在高頻的周波數(shù)次、次、則發(fā)生分割共振。,第三部 喇叭設(shè)計(jì) 壓縮型高音喇叭,32,壓縮型高音的評(píng)価（下面簡(jiǎn)稱(chēng)高音） 一般地有名的評(píng)價(jià)法有PWT測(cè)試法（Plane Wave Tube） PWT測(cè)定主要是評(píng)價(jià)高音Power特性的方法. 用JBL 2425高音舉例說(shuō)明:假設(shè)電気輸入是0.001W、 変換効率是100%的話(huà)、管內(nèi)部送出0.001W的 音響輸出。這時(shí)管內(nèi)徑高音的入口徑 是1英寸D=24.5mm、則算可以算出管道中的密度水準(zhǔn)Li. Li=0.

45、001(W)/（D2/4）=2.0 (W/m2) 修改SPL則 LiIPaI2/ c Pa（Li*c） =28.3 （Pa) 、因此 SPL=20*log（28.3/0.00002)=123 (dB) . 參照右圖3-4実際的測(cè)定結(jié)果的例來(lái)看 約118dB左右。 反算 Pa=10(118/20)*0.00002=15.9 (Pa) Li=15.92/406=0.62 (W/m2) 再乘面積為 W=0.62* （D2/4）=0.000315 (W) 。 也就是0.001W的輸入、輸出為0.000315(W)、 高音的変換効率約為31.5%。 一般的壓縮型高音的変換効率是12%35%、高音喇叭的能

46、力之一。 另外,對(duì)於woofer如何？ 假設(shè)1m1W98dB的woofer。半徑1m的球的表面積是 4r2,面積S=12.57m2 LiPa2/ c 、結(jié)果Li=0.00621(W/m2)、W=Li*S = 0.0781 也就是說(shuō)1W輸入、0.0781W的輸出。因此変換効率是7.8%。,図3-3：PWT（Plane Wave Tube)測(cè)定法,図3-4：JBL 2425 高音PWT特性,第三部 喇叭設(shè)計(jì) 壓縮型高音喇叭,33,關(guān)於失真 失真的意思是對(duì)周波數(shù),輸出了除基本的波形以外的波形,固有振動(dòng)的2次共振、3次共振、4次共振、5次共振稱(chēng)為2次失真（2nd）、3次失真(3rd)、4次失真、5次失

47、真。（參照右圖3-5） 所有共振合成稱(chēng)為T(mén)HD（Total Harmonic Distortion）。 一般喇叭、因2次失真和3次失真聽(tīng)到的方式不同,、把2nd、3rd分開(kāi)來(lái)進(jìn)行測(cè)試比較多. (如圖3-6)用JBL、號(hào)角和高音一體的失真特性的例子、圖表的失真達(dá)到了20dB,所以必須注意.也就是與正面特重疊的地方是-20dB,差-20dB的地方則為-40dB. 參考 失真用表示的比較多,這是用與基準(zhǔn)音壓20Pa比來(lái)表示的,A(dB)用B (%)的話(huà) B=10(A/20）*100 (%) 或者 A=20*log(B/100) (dB) 如右図3-7計(jì)算結(jié)果所示。 一般的,關(guān)於失真的水平,1W不在約

48、-30dB以下的話(huà),就可以聽(tīng)到失真. 另外,稱(chēng)為聽(tīng)起來(lái)像號(hào)角,是因?yàn)榭梢月?tīng)到2nd失真. 在低頻失真增加的話(huà)、負(fù)荷減少, 振動(dòng)板過(guò)振幅、必須從使用區(qū)域避開(kāi)。（主要是根據(jù)號(hào)角的性能。）,図3-6：JBL 2425J和2327/2366的失真特性,図3-7：分貝和,図3-5：振動(dòng)共振,1次共振 2次共振3次共振,第三部 喇叭設(shè)計(jì) 壓縮型高音喇叭,34,號(hào)角 號(hào)角的主要目的、是在高音上加上負(fù)荷、獲得最大限的音響輸出,為導(dǎo)出很好的平的音響輸出,正確的Q特性指向性控制是不可缺少的. 號(hào)角的評(píng)價(jià)有以下特性. 指向特性（雷達(dá)圖、球型數(shù)據(jù)、指向角対周波數(shù)特性） Q特性（Q與DI) 雷達(dá)圖、號(hào)角軸作為0dB時(shí),

49、畫(huà)出水平、垂直方向的每個(gè)角度的衰減,指向角,角度為-6dB為此號(hào)角的指向角。(如右圖3-8) 指向角対周波數(shù)特性 以上指向角,在每個(gè)周波數(shù)所標(biāo)繪的特性,、指向角和周波數(shù)不相互依存、平的特性是理想的。 右圖(圖3-9)為號(hào)角的斷面圖,頸部尺寸為（A),表示高頻的控制界限周波數(shù)(A部）、開(kāi)口部尺寸為(B),表示低頻控制界限周波數(shù). 每個(gè)都用波長(zhǎng)的1/2尺寸來(lái)決定周波數(shù),也不一定一致. A越小、越能控制高頻。 B越大、越能控制低頻。 在號(hào)角的斷面積變化上,經(jīng)常使用Exponential函數(shù)、Bessel函數(shù)、最近意識(shí)到指向性的重要性、所以指向特性好的圓錐型號(hào)角漸漸被越來(lái)越多利用。,-6dB,單邊r的指向角,図3-9：指向角対周波數(shù)特性（JBL),A,B,A,B,図3-8：指向特性和指向角,図3-10：號(hào)角的開(kāi)口部尺寸和頸部尺寸,頸部,開(kāi)口部,第三部 喇叭設(shè)計(jì) 號(hào)角,35,Q特